(57)【要約】【解決手段】粒子に被覆材料をスパッタすることにより粒子表面に薄膜をコーティングする方法であって、粒子容器に粒子を収容し、ボイスコイル式動電型加振器により上記粒子容器を上下に微動させて該粒子容器を介して粒子を振動させながら該粒子に被覆材料をスパッタする方法。【効果】スパッタリングにより粒子表面に薄膜を均一にコーティングすることができ、特に、分散しにくいサイズの微粒子に対して、個々の粒子に強い力を与えて分散させつつ攪拌してスパッタリングできることから、このような微粒子に対しても均一に薄膜をコーティングすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子に被覆材料をスパッタすることにより粒子表面に薄膜をコーティングする方法であって、
粒子容器に粒子を収容し、ボイスコイル式動電型加振器により上記粒子容器を上下に微動させて該粒子容器を介して粒子を振動させながら該粒子に被覆材料をスパッタすることを特徴とする粒子コーティング方法。
【請求項２】
上記粒子の粒径が０．０５μｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の粒子コーティング方法。
【請求項３】
粒子に被覆材料をスパッタすることにより粒子表面に薄膜をコーティングする装置であって、
被覆材料をスパッタするスパッタユニットと、粒子容器と、該粒子容器と接続され上記粒子容器を上下に微動させるボイスコイル式動電型加振器と、上記スパッタユニット、粒子容器及びボイスコイル式動電型加振器を収容するチャンバーとを備え、
上記粒子容器に収容された粒子を、上記ボイスコイル式動電型加振器により上下に微動する粒子容器を介して振動させながら、上記粒子に上記スパッタユニットから被覆材料をスパッタするように構成したことを特徴とする粒子コーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子表面に薄膜をコーティングする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のスパッタリングや蒸着等のドライ成膜法によって粒子表面に均一に薄膜をコーティングするには、粒体や粉体を十分に攪拌しながら成膜する必要がある。しかしながら、通常真空下や減圧下で行われるドライ成膜装置中で粒体や粉体を効率的に攪拌して薄膜をコーティングすることはこれまで困難であった。
【０００３】
ドライ成膜において粒子を攪拌するための攪拌機としては、例えば、図６に示されるようなシーソー型の攪拌具があり、これは図示しない駆動源により両端が交互に上下して揺動する傾斜板ａ上に、底面下部に支軸ｄを有する粒子収容トレイｃが載置されたものであり、支軸ｄは傾斜板ａ上に設けられた軸受けｂにより支持されている。この攪拌具は、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、傾斜板ａが一方に傾斜した状態で粒子収容トレイｃの一端部が傾斜板ａに接し、この状態から傾斜板ａが水平状態を経て他方に一定以上傾斜すると、粒子収容トレイｃの一端部が傾斜板ａから離れ、他端部が傾斜板ａに接するように瞬時に移行するものであり、粒子収容トレイｃの間歇的な揺動と、それに伴う傾斜板ａと粒子収容トレイｃの端部との衝突により生じる振動とによって粒子ｐを攪拌するものであるが、個々の粒子を十分に回転させることができず、また、積層状態の粒子の下層を上層へと移動させることも難しく、そのため薄膜を均一にコーティングすることが困難である。
【０００４】
特に、従来の攪拌具は、個々の粒子に与えられる力が弱く、攪拌力が小さいため、分散しにくいサイズの微粒子、例えば粒径が１０μｍ以下の微粒子を効率よく分散させて攪拌することができず、このような微粒子に対する均一なコーティングが困難なものであった。
【０００５】
なお、この発明に関する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５０７７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２６４２９７号公報
【特許文献３】特開２００６−７１０６号公報
【特許文献４】特許第３６２０８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、スパッタリングにより粒子表面に薄膜を均一にコーティングすることができる方法及びこの方法に用いる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を達成するため、粒子に被覆材料をスパッタすることにより粒子表面に薄膜をコーティングする方法であって、粒子容器に粒子を収容し、ボイスコイル式動電型加振器により上記粒子容器を上下に微動させて該粒子容器を介して粒子を振動させながら該粒子に被覆材料をスパッタすることを特徴とする粒子コーティング方法を提供する。
【０００９】
即ち、本発明では、粒子容器に粒子を収容し、ボイスコイル式動電型加振器により粒子容器を上下に微動させ、この粒子容器を介して粒子を振動させる。この際、振動する粒子は粒子容器内面又は他の粒子と衝突しながら粒子容器内をランダムに動き回り、この動作によって粒子が攪拌される。従って、この攪拌されている粒子に対して被覆材料をスパッタすることにより、粒子を強力に振動させて攪拌しながら粒子の表面に効率よく薄膜をコーティングすることができる。
【００１０】
特に、ボイスコイル式動電型加振器の加振力により粒子を強力に分散させることができることから、粒径の小さい粒子、例えば粒径が０．０５μｍ〜５ｍｍ、特に０．１〜１０μｍの凝集性の高い微粒子をも効果的に分散させることができ、従来、均一な薄膜コーティングが不可能であった微粒子のコーティングも可能である。
【００１１】
また、本発明は、上記薄膜コーティング方法を適用した薄膜コーティング装置として、粒子に被覆材料をスパッタすることにより粒子表面に薄膜をコーティングする装置であって、被覆材料をスパッタするスパッタユニットと、粒子容器と、該粒子容器と接続され上記粒子容器を上下に微動させるボイスコイル式動電型加振器と、上記スパッタユニット、粒子容器及びボイスコイル式動電型加振器を収容するチャンバーとを備え、上記粒子容器に収容された粒子を、上記ボイスコイル式動電型加振器により上下に微動する粒子容器を介して振動させながら、上記粒子に上記スパッタユニットから被覆材料をスパッタするように構成したことを特徴とする粒子コーティング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スパッタリングにより粒子表面に薄膜を均一にコーティングすることができ、特に、分散しにくいサイズの微粒子に対して、個々の粒子に強い力を与えて分散させつつ攪拌してスパッタリングできることから、このような微粒子に対しても均一に薄膜をコーティングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態及び実施例】
【００１３】
以下、本発明につき更に詳述する。
本発明の粒子コーティング方法は、粒子に被覆材料をスパッタすることにより粒子表面に薄膜をコーティングする方法であり、粒子容器に粒子を収容し、ボイスコイル式動電型加振器により上記粒子容器を上下に微動させて該粒子容器を介して粒子を振動させながら該粒子に被覆材料をスパッタする方法である。
【００１４】
この方法においては、粒子容器に粒子を収容し、ボイスコイル式動電型加振器により粒子容器を上下に微動させ、この粒子容器を介して粒子を振動させる。この際、振動する粒子は粒子容器内面又は他の粒子と衝突しながら粒子容器内をランダムに動き回り、この動作によって粒子が攪拌される。従って、この攪拌されている粒子に対して被覆材料をスパッタすることにより、粒子を強力に振動させて攪拌しながら粒子の表面に効率よく薄膜をコーティングすることができる。
【００１５】
特に、ボイスコイル式動電型加振器を用いることにより、その大きな加振力を粒子に直接与えることによって、通常、分散・撹拌がしにくい粒径の小さい粒子、例えば粒径が０．０５μｍ〜５ｍｍ、特に０．１〜１０μｍの凝集性の高い微粒子をも効果的に分散させることができ、また、べたつきを有する粒子のような粒子同士が離れにくいものであっても粒子を分離しながら撹拌して、薄膜をコーティングすることが可能であり、従来、均一な薄膜コーティングが不可能であった微粒子のコーティングが可能である。
【００１６】
次に、このような方法を適用した薄膜コーティング装置の具体例を図示して、本発明をさらに詳しく説明する。図１は、本発明のコーティング装置の一例を示し、ＤＣマグネトロンスパッタ法を適用した装置である。この装置では、チャンバー１の内部に被覆材料をスパッタするスパッタユニット２と、被覆材料をスパッタする粒子を収容して撹拌する粒子容器３と、この粒子容器と接続され粒子容器を上下に微動させるボイスコイル式動電型加振器４とが収容されている。
【００１７】
チャンバー１は、スパッタリングにおける真空雰囲気を形成するためのものであり、スパッタリングガスを導入するガス導入口１１、ガスを排気するための排気口１２を有している。また。スパッタユニット２は、従来公知のスパッタ装置におけるカソード機構をそのまま適用することができ、ターゲット２１に電力を印加することにより、その前方にスパッタリング雰囲気（プラズマ領域）２２を形成するようになっている。そして、上記スパッタユニット２はプラズマ領域２２が粒子容器３内部に収容された粒子ｐと対向するように配設されている。従って、本発明のスパッタユニットとしては、一般に、デポダウン型、斜め入射型と呼ばれるスパッタユニットが好適である。なお、図１中、１３は電流導通用端子、１４はビューポート、２３はカソード電源、４１はスペーサー、５はシャッター、５１は駆動機（回転機）、６はファンクションジェネレーター、７はパワーアンプ、８はタイマーである。
【００１８】
この装置では、粒子容器３内部に収容された粒子は、ボイスコイル式動電型加振器４から与えられる振動により上下に微動する粒子容器を介して振動するようになっている。この場合、ファンクションジェネレーター６により発生させた任意の電流信号、例えば、三角波、矩形波、正弦波などをパワーアンプ７により増幅してボイスコイル式導電型加振器４に導入することができ、必要に応じてタイマー８を用いて間欠的に導入することもできる。従って、この攪拌されている粒子に対して被覆材料をスパッタすることにより、粒子を強力に振動させて攪拌しながら粒子の表面に効率よく薄膜をコーティングすることができる。
【００１９】
スパッタ方式としては、通常のＤＣスパッタ法、ＲＦスパッタ法、ＭＦ（パルス）スパッタ法に加えて、複数のターゲットを用いたデュアルマグネトロンスパッタ法など各種の方式を適用することができる。また、アルゴンガス等の不活性ガスのみをスパッタガスとして用いる非反応性のスパッタだけでなく、酸素ガス、窒素ガス等の反応性ガスを不活性ガスと共にスパッタガスとして導入する反応性スパッタを適用することもできる。
【００２０】
更には、発生させたプラズマ近傍に光ファイバーを配設し、発効波長、強度をモニターすることによって、反応性ガスの制御を行い、その反応度（酸素ガスを用いる場合、酸化度）を調整するＰＥＭコントロールを適用することも可能である。これらのスパッタ手法を適用することによって様々な無機薄膜をスパッタリングにより粒子にコーティングすることが可能である。図２にデュアルマグネトロンスパッタ法及びＰＥＭコントロールを適用した装置の一例を示す。なお、図２中、９はプラズマモニターであり、その他各部位は、図１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００２１】
次に、上述した本発明の粒子コーティング装置を用いた粒子の薄膜コーティングの実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の粒子コーティング方法は下記実施例に限定されるものではなく、また、本発明の粒子コーティング装置も上述した具体例に限定されるものではない。
【００２２】
［実施例１］
図１に示される粒子コーティング装置を用い、粒径が約８μｍのポリスチレン粒子の表面にＤＣ反応性スパッタ法により酸化銅をコーティングした。粒子容器としてステンレス製の１２０ｍｍφ、深さ４０ｍｍのものを用い、約１５ｇ（約容積５０ｍｌ）の試料を粒子容器に収容して処理した。スパッタ条件は以下のとおりである。
【００２３】
ターゲット  Ｃｕ（４Ｎ），５０ｍｍ×８０ｍｍ
ＤＣ印加電力  ３００Ｗ
ガス供給全圧  ０．５Ｐａ
スパッタ圧力（背圧）  ２×１０-3Ｐａ
成膜時間  ６時間
【００２４】
スパッタガスとしてアルゴンと酸素の混合ガスを導入したが、酸素導入量による酸化度の変化を見るために、Ａｒ／Ｏ2＝２７ｓｃｃｍ／３ｓｃｃｍ（サンプル１）、２４ｓｃｃｍ／６ｓｃｃｍ（サンプル２）、２２ｓｃｃｍ／８ｓｃｃｍ（サンプル３）の３水準で成膜を行った。
【００２５】
なお、ファンクションジェネレーターからは５０Ｈｚの矩形波を出力し、パワーアンプで増幅して加振器に導入し、電流はタイマーを用いて１０秒印加し、２０秒停止する間欠印加として加振器のヒートアップを防止した。
【００２６】
その結果、スパッタリング中、チャンバーに設けられたビューポートから試料全体が真空中で十分攪拌されていることが確認できた。得られた粒子の写真を図３に示す。成膜時の導入酸素量によって色が変化している様子が分かる。
【００２７】
また、これらのサンプルのＸＲＤパターンを図４に示す。導入酸素量の増加に伴って得られた酸化銅膜がＣｕ→Ｃｕ2Ｏ→ＣｕＯと変化している様子が分かる。
【００２８】
更に、サンプル２について、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した結果、図５に示されるように、一様に表面がコーティングされている様子が確認された。コーティングされたＣｕ2Ｏ膜厚は約５０ｎｍであり、表面観察からは膜の結晶粒径が２０ｎｍ程度であることが確認された。
【００２９】
［実施例２］
図１に示される粒子コーティング装置を用い、べたつきを有する粒径が約３μｍのポリブテンペレット粒子の表面にＤＣスパッタ法により金属Ｃｕをコーティングした。粒子容器としてステンレス製の１２０ｍｍφ、深さ４０ｍｍのものを用い、約３０ｇ（約容積５０ｍｌ）の試料を粒子容器に収容して処理した。スパッタ条件は以下のとおりである。
【００３０】
ターゲット  Ｃｕ（４Ｎ），５０ｍｍ×８０ｍｍ
ＤＣ印加電力  ３００Ｗ
スパッタガス  Ａｒ（２０ｓｃｃｍ）
ガス供給全圧  ０．５Ｐａ
スパッタ圧力（背圧）  ０．５×１０-3Ｐａ
成膜時間  １時間
【００３１】
なお、ファンクションジェネレーターからは３０Ｈｚのサイン波を出力し、パワーアンプで増幅して加振器に導入し、電流はタイマーを用いて１０秒印加し、２０秒停止する間欠印加として加振器のヒートアップを防止した。
【００３２】
その結果、スパッタリング中、チャンバーに設けられたビューポートから試料全体が真空中で十分攪拌されていることが確認できた。また、得られた粒子を目視で確認したところ、全てのペレットに対して一様に金属Ｃｕがコーティングされていることが確認された。また、得られた粒子をＸ線回折（ＸＲＤ）により分析したところ、Ｃｕに由来する回折ピークが検出された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の薄膜コーティング装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の薄膜コーティング装置の他の例を示す概略図である。
【図３】実施例１で得られた粒子（サンプル１〜３）のサンプルの写真である。
【図４】実施例１で得られた粒子（サンプル１〜３）及び未成膜粒子（ポリスチレン粒子）のＸＲＤパターンである。
【図５】実施例１で得られた粒子（サンプル２）の断面のＳＥＭ像である。
【図６】従来の攪拌具を示す断面図である。
【図７】同攪拌具の動作を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  チャンバー
２  スパッタユニット
２１  ターゲット
２２  プラズマ領域
２３  カソード電源
３  粒子容器
４  ボイスコイル式動電型加振器
６  ファンクションジェネレーター
７  パワーアンプ
８  タイマー
ａ  傾斜板
ｂ  軸受け
ｃ  粒子収容トレイ
ｄ  支軸
ｐ  粒子
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図５】
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